【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶结构设计，尤其涉及一种减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构及其设计方法。
技术介绍
1、目前，船舶甲板和舱壁上经常需要开设腰圆形、圆形或者圆角方形的孔口，用于人员通行、设备通道或者管路通道。开孔之后，在孔口附近必然引起应力集中，特别是开孔导致纵骨切断的情形，引起的应力集中更为显著。
2、一般来说，甲板上的多数开孔与甲板尺寸相比要小得多，可以近似为加筋无限板。船舶航行中，波浪载荷是最为常见的外载荷，也是船舶设计中最为关注的载荷。波浪载荷作用于船体上，对于某一层甲板而言，或者受拉或者受压。尽管船体各个横剖面的载荷不尽相同，但是船体剖面的弯矩沿着船长是连续函数，在一小段范围内，可以近似看作没有变化。因此甲板开孔模型可以近似为单向拉伸(压缩)的加筋无限板。
3、众所周知，单向拉伸的圆孔无限光板的应力集中系数是3。一般而言，甲板有纵骨加强，应该能够提高结构强度，按照这个逻辑分析，开圆孔甲板的应力集中系数至少应小于3。但是，经过计算发现，若不做任何补强，开孔切断纵骨，则应力集中系数接近3.2，大于光板的应力集中系数。
4、对孔口进行补强来减小应力集中，这已经成为人们的共识。但是，如何做有效的加强措施和节省材料的加强方案，或者说如何准确设置开孔位置，目前还没有合适的方案。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构及其设计方法，在一定约束条件下，便于对甲板上开孔和其补强结构进行合理设计，以达到减少应力集
2、为实现上述目的，本专利技术提供的一种减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，包括甲板板、纵骨、开设于甲板板上的腰圆形孔、加强短筋和焊接于腰圆形孔边缘的围缘扁钢；
3、甲板板上相邻两纵骨之间的距离为s，当腰圆形孔的长轴与纵骨平行设置，腰圆形孔的短轴长度n小于纵骨间距s，且腰圆形孔位于相邻两纵骨之间时，腰圆形孔为第一腰圆形孔，第一腰圆形孔的短轴长度n＝s-2a，其中，a＝20mm～30mm。
4、优选地，所述第一腰圆形孔的圆弧段焊接围缘扁钢，围缘扁钢的起点和终点均在第一腰圆线的切点位置向直线段延伸10mm～30mm。
5、优选地，所述第一腰圆形孔圆弧段所焊接的围缘扁钢的高度为h，5t≤h≤6t，t为甲板板厚度，围缘扁钢的厚度为t，t+2≤t≤t+6；围缘扁钢与第一腰圆形孔边缘甲板板采用双面连续焊接。
6、优选地，当腰圆形孔的长轴与纵骨平行设置，腰圆形孔的短轴长度n小于纵骨间距s，且一根纵骨被腰圆形孔切断时，腰圆形孔为第二腰圆形孔；第二腰圆形孔切断一根纵骨，被开孔切断的纵骨端部再切断一段长度，使得纵骨端点与第二腰圆形孔边缘距离为b，b＝100mm～200mm；切断处的纵骨端部设置两横向加强短筋，其规格与相邻纵骨一致，两横向加强短筋与相邻三纵骨连接；第二腰圆形孔的圆弧段焊接围缘扁钢，围缘扁钢的起点和终点均在第二腰圆线的切点位置向直线段延伸10mm～30mm。
7、优选地，所述第二腰圆形孔的两侧甲板板上均设置一纵向加强短筋，纵向加强短筋与第二腰圆形孔的长轴平行设置，纵向加强短筋的两端与两横向加强短筋连接，纵向加强短筋与第二腰圆形孔边缘的距离为a，a＝20m～30mm；第二腰圆孔圆弧段所焊接的围缘扁钢的高度为h，5t≤h≤6t，围缘扁钢的厚度为t，t+2≤t≤t+6，围缘扁钢与第二腰圆形孔边缘甲板板采用双面连续焊接。
8、优选地，当腰圆形孔的长轴与纵骨垂直设置，同时腰圆形孔的长轴长度m满足s<m<2s时，腰圆形孔为第三腰圆形孔；第三腰圆形孔的长轴长度m＝2s-2a，a＝20mm～30mm；第三腰圆形孔切断一根纵骨，被开孔切断的纵骨端部再切断一段距离，使得纵骨端点与第三腰圆形孔边缘距离为b，b＝100mm～200mm；切断处的纵骨端部设置两横向加强短筋，其规格与相邻纵骨一致，两横向加强短筋与相邻三纵骨连接；第三腰圆形孔的圆弧段焊接围缘扁钢，围缘扁钢的起点和终点均在第三腰圆线的切点位置向直线段延伸10mm～30mm。
9、优选地，第三腰圆形孔圆弧段所焊接的围缘扁钢，其高度为h，5t≤h≤6t，围缘扁钢厚度为t，t+2≤t≤t+6；围缘扁钢与第三腰圆形孔边缘甲板板采用双面连续焊接。
10、本专利技术进一步提出一种基于上述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构的设计方法，包括以下步骤：
11、根据腰圆形孔的长轴与纵骨是垂直还是平行的方案，在甲板上预先确定腰圆形孔的初步位置；
12、当腰圆形孔的长轴与纵骨平行时，根据腰圆形孔的位置和短轴长度确定腰圆形孔是否要穿过甲板上的已有纵骨；
13、当腰圆形孔不需要穿过甲板上的已有纵骨时，设置腰圆形孔的边缘与临近纵骨之间的距离为20mm～30mm，在腰圆形孔的圆弧段设置围缘扁钢；
14、当腰圆形孔需要穿过甲板上的已有纵骨时，在纵骨切断的端点位置再多切一段长度，使得纵骨端点与腰圆形孔边缘距离为b，b＝100～200mm；切断的纵骨端点位置设置两横向加强短筋，横向加强短筋与相邻三纵骨连接，腰圆形孔的两侧设置两纵向加强短筋，纵向加强短筋的两端与两横向加强短筋连接，纵向加强短筋与腰圆形孔边缘之间距离为20mm～30mm，在腰圆形孔的圆弧段设置围缘扁钢；
15、当腰圆形孔的长轴与纵骨垂直时，腰圆形孔的长轴长度m满足s<m<2s时，设置腰圆形孔的边缘与临近纵骨之间的距离为20mm～30mm；将经腰圆形孔切断的纵骨再多切一段长度，使得纵骨端点与腰圆形孔边缘距离为b，b＝100mm～200mm；切断的纵骨端点位置设置两横向加强短筋，横向加强短筋与相邻三纵骨连接，在腰圆形孔的圆弧段设置围缘扁钢。
16、优选地，所述腰圆形孔附近设置的横向或纵向加强短筋，其规格与相邻纵骨一致；所述圆弧段设置的围缘扁钢，其起点和终点均在腰圆线的切点位置向直线段延伸10mm～30mm，围缘扁钢的高度为h，h＝5t～6t，围缘扁钢的厚度为t，t+2≤t≤t+6。
17、本专利技术提出的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，通过准确地设置腰圆形孔的大小，并在恰当的位置设置围缘扁钢和加强筋，一方面使得加强效果好，减小应力集中，且工程施工易于实现；另一方面充分利用甲板原有纵骨，新增加强构件恰到好处，即最节省材料。本专利技术提出的甲板加强结构具有结构简单、稳定可靠以及容易实现的优点。
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1.一种减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，包括甲板板、纵骨、开设于甲板板上的腰圆形孔、加强短筋和焊接于腰圆形孔边缘的围缘扁钢；
2.如权利要求1所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，所述第一腰圆形孔的圆弧段焊接围缘扁钢，围缘扁钢的起点和终点均在第一腰圆线的切点位置向直线段延伸10mm～30mm。
3.如权利要求2所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，所述第一腰圆形孔圆弧段所焊接的围缘扁钢的高度为H，5t≤H≤6t，t为甲板板厚度，围缘扁钢的厚度为T，t+2≤T≤t+6；围缘扁钢与第一腰圆形孔边缘甲板板采用双面连续焊接。
4.如权利要求1所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，当腰圆形孔的长轴与纵骨平行设置，腰圆形孔的短轴长度n小于纵骨间距s，且一根纵骨被腰圆形孔切断时，腰圆形孔为第二腰圆形孔；第二腰圆形孔切断一根纵骨，被开孔切断的纵骨端部再切断一段长度，使得纵骨端点与第二腰圆形孔边缘距离为b，b＝100mm～200mm；切断处的纵骨端部设置两横向加强短筋，其规格与相邻纵骨一致，两横向加
5.如权利要求4所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，所述第二腰圆形孔的两侧甲板板上均设置一纵向加强短筋，纵向加强短筋与第二腰圆形孔的长轴平行设置，纵向加强短筋的两端与两横向加强短筋连接，纵向加强短筋与第二腰圆形孔边缘的距离为a，a＝20m～30mm；第二腰圆孔圆弧段所焊接的围缘扁钢的高度为H，5t≤H≤6t，围缘扁钢的厚度为T，t+2≤T≤t+6，围缘扁钢与第二腰圆形孔边缘甲板板采用双面连续焊接。
6.如权利要求1所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，当腰圆形孔的长轴与纵骨垂直设置，同时腰圆形孔的长轴长度m满足s<m<2s时，腰圆形孔为第三腰圆形孔；第三腰圆形孔的长轴长度m＝2s-2a，a＝20mm～30mm；第三腰圆形孔切断一根纵骨，被开孔切断的纵骨端部再切断一段距离，使得纵骨端点与第三腰圆形孔边缘距离为b，b＝100mm～200mm；切断处的纵骨端部设置两横向加强短筋，其规格与相邻纵骨一致，两横向加强短筋与相邻三纵骨连接；第三腰圆形孔的圆弧段焊接围缘扁钢，围缘扁钢的起点和终点均在第三腰圆线的切点位置向直线段延伸10mm～30mm。
7.如权利要求6所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，第三腰圆形孔圆弧段所焊接的围缘扁钢，其高度为H，5t≤H≤6t，围缘扁钢厚度为T，t+2≤T≤t+6；围缘扁钢与第三腰圆形孔边缘甲板板采用双面连续焊接。
8.一种基于如权利要求1至7中任意一项所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构的设计方法，其特征在于，所述腰圆形孔附近设置的横向或纵向加强短筋，其规格与相邻纵骨一致；所述圆弧段设置的围缘扁钢，其起点和终点均在腰圆线的切点位置向直线段延伸10mm～30mm，围缘扁钢的高度为H，H＝5t～6t，围缘扁钢的厚度为T，t+2≤T≤t+6。
...【技术特征摘要】
1.一种减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，包括甲板板、纵骨、开设于甲板板上的腰圆形孔、加强短筋和焊接于腰圆形孔边缘的围缘扁钢；
2.如权利要求1所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，所述第一腰圆形孔的圆弧段焊接围缘扁钢，围缘扁钢的起点和终点均在第一腰圆线的切点位置向直线段延伸10mm～30mm。
3.如权利要求2所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，所述第一腰圆形孔圆弧段所焊接的围缘扁钢的高度为h，5t≤h≤6t，t为甲板板厚度，围缘扁钢的厚度为t，t+2≤t≤t+6；围缘扁钢与第一腰圆形孔边缘甲板板采用双面连续焊接。
4.如权利要求1所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，当腰圆形孔的长轴与纵骨平行设置，腰圆形孔的短轴长度n小于纵骨间距s，且一根纵骨被腰圆形孔切断时，腰圆形孔为第二腰圆形孔；第二腰圆形孔切断一根纵骨，被开孔切断的纵骨端部再切断一段长度，使得纵骨端点与第二腰圆形孔边缘距离为b，b＝100mm～200mm；切断处的纵骨端部设置两横向加强短筋，其规格与相邻纵骨一致，两横向加强短筋与相邻三纵骨连接；第二腰圆形孔的圆弧段焊接围缘扁钢，围缘扁钢的起点和终点均在第二腰圆线的切点位置向直线段延伸10mm～30mm。
5.如权利要求4所述的减小甲板孔口应力集中的甲板加强结构，其特征在于，所述第二腰圆形孔的两侧甲板板上均设置一纵向加强短筋，纵向加强短筋与第二腰圆形孔的长轴平行设置，纵向加强短筋的两端与两横向加强短筋连接，纵向加强短筋与第二腰圆形孔边缘的距离为a，a＝20m～30mm；第二腰圆孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：王小明，王红旭，潘曼，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：
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